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基于多导体传输线理论的轨道电路暂态响应分析
| 论文题名： | 基于多导体传输线理论的轨道电路暂态响应分析 |
| 关键词： | ZPW-2000A轨道电路;多导体传输线方程;时域有限差分法;频变响应;暂态分析 |
| 摘要： | ZPW-2000轨道电路主要用于传输列车控制信息、沟通牵引回流，检查轨道占用情况，是保证列车安全稳定运行、提高列车通过能力的重要信号设备。随着高速铁路建设与运营环境日渐复杂，信号系统遭受外界电磁干扰的频率增高。瞬态电磁干扰信号会以牵引网的多导体传输线系统为传输媒介，在轨道电路上产生传导干扰或辐射耦合干扰。因此，全并联自耦变压器(Autotransformer,AT)供电系统是轨道电路暂态响应研究的重要部分。为准确分析轨道电路暂态响应情况，须考虑无绝缘轨道电路结构中连接在钢轨两端的非线性调谐区以及牵引网与轨道电路所构成的多导体传输线系统对轨道电路接收端过电压的影响，这对保障轨道电路信号的准确传输具有重要意义。 首先，本文介绍了ZPW-2000A无绝缘轨道电路结构，以及AT牵引供电系统导线空间位置与其电气参数的计算方法。运用集总参数模型方法来研究轨道电路暂态响应时无法明确的分析任意位置电流与电压的变化规律。本文基于多导体传输线理论与牵引网各线路空间结构和轨道电路的结构特点，建立牵引网与轨道电路多导体传输线(Multi-conductorTransmissionLines,MTLS)系统的理论计算模型。 其次，轨道电路中存在调谐区等非线性集总元件电路，不能直接推导传输线方程和运用时域有限差分法离散MTLS方程，对此提出采用戴维南与状态变量结合的方法求解调谐单元连接节点的电压电流方程，与传输线方程结合得到轨道电路多导体传输线模型的计算公式。在ATP-EMTP软件中搭建模型进行算例分析，验证本文方法的正确性。 然后，考虑轨道电路中的频变损耗与负载端频变负载时，对传输线频域方程进行拉普拉斯变换得到传输线频率卷积形式并离散计算。运用矢量匹配法对调谐区阻抗进行有理拟合，引入分段卷积积分推导出调谐单元节点处的电压电流关系。结合传输线方程与调谐区电流方程得到轨道电路接收端过电压计算公式。运用状态变量法进行方法验证。 最后，根据轨道电路多导体传输线的时域方程，分析传导干扰与牵引网线路间的耦合干扰对轨道电路接收端过电压的影响，得到暂态信号在轨道电路上的衰减比与传播速度。分析道床电阻、信号频率、大地电导率与介电常数等因素对轨道电路暂态响应的影响规律。为轨道电路的设计与抗干扰分析提供模型与理论参考。 |
| 作者： | 欧静宁 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 赵斌;周鲲翔 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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